Por que as baterias de íon-lítio de 3,8V são usadas em dispositivos móveis, em vez das baterias de 3,6V ou 3,7V?

Percebi uma tendência estranha nas baterias de íon de lítio usadas em smartphones e tablets: em vez de 3,6V ou 3,7V por célula típica da maioria das baterias de íon de lítio em outros tipos de dispositivos de consumo, elas usam baterias de 3,8V carregado com uma voltagem máxima de 4,35 V (este é o caso do meu Nexus 5X e Nexus 9). Em pelo menos um caso (a bateria LG G5 ), a bateria tem uma tensão nominal de 3,85V e é carregada em 4,4V.

O que há com essas células de íons de lítio de alta tensão? Entendo que a voltagem mais alta se traduz em mais energia geral, mas por que buscar uma voltagem mais alta em vez de apenas uma capacidade mais alta (como é feito com células 18650)? Existe uma desvantagem em usar esse tipo de bateria?

Uma discussão por bate-papo iniciada aqui sugere que essa voltagem mais alta é específica para baterias de Li-poli e não se aplica a células cilíndricas como 18650 ou células prismáticas como as usadas em baterias de câmeras compactas. É esse mesmo o caso?

— bwDraco
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Possivelmente melhorias na construção e / ou química que permitem isso? Uma tensão mais alta no estado carregado se traduz em maiores forças mecânicas internas nas baterias Li-po, eu acho.

— user2943160

Não sei se podemos fornecer uma resposta exata para sua pergunta. Esses detalhes estão no nível de fabricação e, à medida que o processo e os materiais melhoram, a tensão mais alta é um efeito colateral natural. Os detalhes são proprietários e protegidos por direitos autorais; portanto, nem a Wikipedia provavelmente oferecerá ajuda.

— Sparky256

@ Sparky256: Não estou necessariamente procurando informações sobre a química subjacente. Estou procurando informações sobre os motivos práticos para preferir esse tipo de química em dispositivos móveis e as vantagens e desvantagens envolvidas.

— bwDraco

@bwDraco. É uma química refinada, não uma química nova, ou a mudança de voltagem seria mais dramática que a décima parte de um volt. A bateria fabricada protege esses detalhes do processo. Eles não são tornados públicos, pois 15 minutos de pesquisa não produziram resultados. É como perguntar como os capacitores são menores, mas com maior ou a mesma capacitância. Trata-se de um melhor processo de fabricação e de materiais mais puros.

— Sparky256

Vou adivinhar que se eles deixarem a tensão igual, eles só poderão aumentar a capacidade, tornando as células maiores / mais espessas, em comparação com algum vodu químico que eles descobriram para aumentar a tensão e aumentar a capacidade geral sem aumentar o tamanho físico.

— Vince Patron

Respostas:

Então, fiz uma pesquisa e descobri que há um avanço recente na tecnologia de baterias que permite que as células LiPo, usadas em dispositivos móveis e aplicativos hobby / RC, operem em tensões mais altas. Especificamente, um aditivo de silício-grafeno é usado no ânodo para proteger contra a corrosão em tensões mais altas, permitindo que eles sejam carregados em 4,35V ou mesmo 4,4V. Isso resulta em uma densidade de energia ligeiramente maior, mas carregar a bateria em tensões mais altas pode reduzir sua vida útil.

O alto consumo de energia dos dispositivos móveis significa que a alta densidade de energia é mais importante do que qualquer outra característica. Isso significa que a vida útil reduzida é uma troca aceitável; Como o consumidor típico substitui o smartphone a cada dois anos, a vida útil não é um requisito importante.

Em essência, a voltagem mais alta é apenas mais uma avenida para aumentar a densidade geral de energia.

— bwDraco
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+1 para um bom resumo de todos os comentários acima e boa intuição.

— precisa saber é o seguinte

Na prática, eles trapaceiam sobrecarregando-os. É por isso que eles morrem mais rápido. Eu posso ir 4.4V com qualquer célula de íon de lítio, mas não vai durar tanto quanto o habitual.

— Overmind

@ Overmind, não, eles não "trapaceiam". Esta resposta afirma especificamente que os avanços na tecnologia permitem que isso aconteça. As células modernas de 4,35-V têm o mesmo número ou mais de ciclos de carga-descarga, o que é garantido por pesquisas, caracterizações e testes de produção.

— Ale..chenski

Sim, eles trapaceiam. Carregue-os apenas no 4.2 e você verá melhorias altamente significativas na vida útil da bateria. Posso OC qualquer célula 18650 para 4,35 e funciona bem, mas acabará com uma vida útil significativamente menor. É comprovado e testado para células LG, Samsung, Sony e Sanyo / Panasonic.

— Overmind

@Overmind: Não. Há uma mudança real na química das células que permite isso. Para células normais, 4,35V é inseguro para cobrar regularmente e é basicamente a margem de segurança. Para as novas células, 4,35V é uma voltagem segura, mesmo que o carregamento dessa voltagem acelere a degradação da célula. É uma questão de ventilação celular / risco de incêndio mais do que qualquer outra coisa; a química aprimorada atenua esse risco e permite tensões mais altas.

— precisa saber é o seguinte

-2

este número 3.6-3.7-3.8V é a tensão nominal da célula durante a sua descarga. exemplo: uma bateria fica cheia 4.2V para esvaziar 3.0V a uma taxa linear, terá uma tensão nominal de 3.6V. Uma segunda bateria vai de 4,3V a tot total de 3,3V vazia terá uma tensão nominal de 3,8V

se o dispositivo estiver usando 3Watts de energia, a bateria precisará fornecer 714mA a 4,2V, mas quando estiver quase vazia a 3,0V, a bateria precisará fornecer 1000mA. a capacidade da bateria de (exemplo =>) 1500mAh ficará vazia mais rapidamente. A segunda bateria fornecerá 697mA a 4,3V até 909mA a 3,3V quando estiver quase vazia.

uma bateria de 3,8V 1500mAh funcionará mais que uma bateria de 3,6V 1500mAh. uma tensão de descarga mais estável é melhor do que uma capacidade maior em uma bateria. o mais importante para o seu dispositivo é a taxa de Wh.

3,8V x 1800mAh = 6,8Wh

3.6V x 1900mAh = 6.8Wh

Um dispositivo usando 1W funcionará 6,8 horas com os dois

— andy
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